公主岭余热利用方案201356

吉林省公主岭市住宅区利用工业余热热泵供热系统设计方案二零一三年五月中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院2-目录目录 1摘要 -2-第一章 项目概况 -3-第二章 设计依据及原则 -4-一. 设计依据 -4-二. 设计原则 -5-第三章 设计参数及负荷 -6-一、 室外设计参数 -6-二、 室内设计参数 -6-三、 空调冷热源及负荷 -6-第四章 电驱动热泵+燃气锅炉系统 -9-一、 系统流程示意图 -9-二、 系统投资估算 -9-三、 每月典型日供热负荷分配策略 -10-四、 运行费用 -18-第五章 经济性分析 -20-一、 静态分析 -20-二、 不同电价政策下的运行费用、投资回收期变化 -20-第六章 环境效益分析 -23-第七章 结论 -24-摘要业主响应国家节能减排号召，同时为了提高项目实施的经济效益，提出了本项目采用热泵系统进行余热回收的设想。本项目为住宅供热项目，建筑面积为100万平方米，年总耗热量为383753GJ。如果采用燃煤锅炉系统，每年需要消耗21249吨煤；如果采用燃气锅炉系统，每年需要消耗11943765NM3天然气。中粮生化能源（公主岭）有限公司、黄龙食品工业有限公司、国能生物电厂等为项目所在地的企业;从提供的资料可知,企业生产中有大量高温工业废水常年集中稳定排放,余热水量冬季总计不低于800-900m3/h，水温可以达到25℃此部分工业余热热量较大，热量可以达到21000kw。如果利用此部分余热对住宅项目进行供热，可以负担50万平方米左右的住宅面积。利用热泵技术可以对工业余热进行热回收，可以将工业废热变废为宝，具有很好的经济效益、环境效益、社会效益。经过分析，供热系统采用电驱动热泵系统+燃气锅炉复合式能源系统是一种最佳的配置方案，不但有效的降低了投资，而且运行费用也很有优势。虽然系统中燃气锅炉系统占系统总供热能力的50%左右，但热泵系统负担了年总负荷的比例高达84%左右。热泵系统相对燃煤锅炉系统每年节省标煤6682吨，减少二氧化碳排放18041吨；相对燃气锅炉系统减少标煤消耗5467吨，减少二氧化碳排放14762吨。

项目概况项目位于吉林省公主岭市，为向岭西新城100万平采暖（地板辐射采暖）提供热源。供热末端设计最低回水温度需求为45度。项目附近的工业企业有大量的工业余热常年排放，冬季保证余热水量达到800-900m3/h，水温可以达到25℃公主岭市地处吉林省中西部，东辽河中游右岸。位于东经124°02′～125°18′，北纬43°11′40″～44°9′20″之间。公主岭市属中温带湿润地区大陆性季风气候。冬冷夏热，四季分明，年平均气温5.6℃，年平均降水量594.8毫米，无霜期144天。公主岭市全市盛行西南风，历年平均风速3.9米公主岭市属温带大陆性季风气候，温度、雨量、光照等季节性变化显著，春季干旱多大风，回暖迅速；夏季热而多雨；秋季温暖多晴朗天气；冬季漫长而寒冷。年平均气温5.6℃，年平均降水量594.8毫米，无霜期144天。公主岭市全市盛行西南风，历年平均风速3.9米

设计依据及原则设计依据甲方的设计要求及提供的技术资料《民用建筑采暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012；《建筑设计防火规范》GB50016-2006；《高层建筑设计防火规范》GB50045-2001；《民用建筑热工设计规范》GB50176-93；《居住建筑节能设计标准》DB11/891-2012；全国民用建筑工程设计技术措施《暖通空调·动力》；《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2002；《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242－2002；《给排水管道工程施工及验收规范》GB50268－2002；《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005；冬季制热季为11月1日至4月1日，共计电价：用电分类电度电价基本电价不满1一1035—6666—220220千伏最大需量变压器容量l千伏千伏千伏以下千伏以下及以上（元／千瓦·月）（元／千伏安·月）一、居民生活用电0.52500.51500.5150

二、大工业用电0.00000.56470.54970.53470.51973322三、农业生产用电0.45000.44000.4300

四、一般工商业及其他用电0.90310.88810.8731

后续方案计算用电价暂时按0.6元/kwh计算。居住建筑民用天然气：2.8元/NM3，8500KCL/NM3新建楼房建筑面积每平方米入网费:45元/平米供热收费标准：26元/采暖季/平米（住宅）设计原则尽量利用低品位能源，减少运行成本供热系统有较好的经济合理性要节能、环保，符合绿色生态建筑要求

设计参数及负荷室外设计参数冬季室外采暖计算温度:-冬季室外空调计算温度:-冬季通风空调计算温度:-冬季室外相对计算湿度:66%室内设计参数夏季：室内设计温度：26℃冬季：室内设计温度：20℃新风量：据GB50736-2012,按换气次数法确定最小新风量人均居住面积/㎡每小时换气次数次/小时<100.710～200.620～500.5>500.45空调冷热源及负荷本项目空调冷热负荷估算如下:建筑类型热面积指标峰值负荷使用率负荷m2w/m2kw%kw住宅100000050500001.0050000公共建筑06001.000合计100000050000根据建筑的使用功能，统计后的采暖期逐月、逐时热负荷如下：时段1月2月3月11月12月kwkwkwkwkw139500296252251521725308102385002887521945211753003034250031875242252337533150446500348752650525575362705480003600027360264003744064900036750279302695038220750000375002850027500390008480003600027360264003744094650034875265052557536270104300032250245102365033540114200031500239402310032760124000030000228002200031200133800028500216602090029640143650027375208052007528470153550026625202351952527690163500026250199501925027300173400025500193801870026520183400025500193801870026520193450025875196651897526910203500026250199501925027300213550026625202351952527690223650027375208052007528470233800028500216602090029640244000030000228002200031200最大5000037500285002750039000合计966000724500550620531300753480采暖季能耗统计如下：序号月份天数日耗热量月耗热量月天GJGJ11130191357380212312713840883131347810780642282608730305331198261449合计15112693383753能耗指标0.4GJ/平方米/年经过估算，100万平方米住宅项目在现有节能标准条件下，采暖季每平米的耗热量为0.4GJ/m2。设计日冬设计日逐时负荷柱状图如下：

电驱动热泵+燃气锅炉系统项目附近有大量工业余热，通过热泵系统回收此部分工业余热可以向建筑提供大量的供热能力，但是基于余热量总量的限制，同时为了使得系统更加经济合理，需要配置一定容量的辅助热源即燃气锅炉。系统流程示意图本系统设计回水温度为45度，设计供水温度为85度，供热热源包括两部分，一部分是热泵，占总供热能力的50%，另一部分是燃气调峰锅炉，占总供热能力的50%。供热45度的回水先经过热泵初步加热至65度，然后由燃气锅炉加热至85度供至用户（最大负荷时）。热泵的低温热源为附近工业余热，25度左右的工业余热热水进入热泵蒸发器降温至5度左右送回原处。系统流程示意图见下图：系统投资估算根据余热所能提供给的热量确定热泵容量，热泵不足部分由燃气锅炉补充。序号设备名称技术参数功率数量单位单价合价1污水热泵制热量12688kw25612台1230.72461.52热泵冷冻泵流量433m3,扬程63m1102台13.527.13热泵供热泵流量598m3,扬程10m302台4.79.44燃气锅炉制热量13378kw672台227.4454.95锅炉供热泵流量630m3,扬程10m302台4.79.46供热循环泵流量294m3,扬程35m454台6.525.97系统补水泵流量20m3,扬程60m5.53台1.13.38定压罐D800*12004台1.87.19配电系统电力容量5793kw1套434.0434.010电力配套1套200.0200.011自控系统1套150.0150.012热泵机房机房面积1648m21套582.6582.613热泵机房内安装1套283.7283.714污水引水热水流量867m3/h1套1453.51453.515供热外网热水流量1071m3/h1套1500.11500.116燃气系统燃气流量2675m3/h1套294.3294.317税费1套266.118不可预计1项400.0217.419开办费1项66.1227.020土地费用1项100.0235.321其他费用1项133.5226.222合计9068.323投资指标元/m290.7每月典型日供热负荷分配策略11月供热负荷分配策略时间11月热泵锅炉负荷制热量开启数量功率供热量开启数量功率燃气（KW）（KW）（台）（KW）（KW）（台）（KW）NM312172521725243890000221175211752427800003233752337524723000042557525376251271991672252640025376251271024167115626950253762512715741671767275002537625127212416723882640025376251271024167115925575253762512719916722102365023650247780000112310023100246670000122200022000244450000132090020900242230000142007520075240560000151952519525239450000161925019250238890000171870018700237780000181870018700237780000191897518975238340000201925019250238890000211952519525239450000222007520075240560000232090020900242230000242200022000244450000合计5313005251564810610161446402688供热典型日负荷分配图见下图：12月供热负荷分配策略时间12月热泵锅炉负荷制热量开启数量功率供热量开启数量功率燃气（KW）（KW）（台）（KW）（KW）（台）（KW）NM31308102537625127543416760923003025376251274654167521333150253762512777741678714362702537625127108941671221537440253762512712064167135263822025376251271284416714397390002537625127136242134152683744025376251271206416713529362702537625127108941671221103354025376251278164167915113276025376251277384167827123120025376251275824167653132964025376251274264167478142847025376251273094167347152769025376251272314167259162730025376251271924167216172652025376251271144167128182652025376251271144167128192691025376251271534167172202730025376251271924167216212769025376251272314167259222847025376251273094167347232964025376251274264167478243120025376251275824167653合计7534806090244812304514445625167516186供热典型日负荷分配图见下图：1月供热负荷分配策略时间1月热泵锅炉负荷制热量开启数量功率供热量开启数量功率燃气（KW）（KW）（台）（KW）（KW）（台）（KW）NM313950025376251271412421341583238500253762512713124167147034250025376251271712421341919446500253762512721124213423675480002537625127226242134253564900025376251272362421342647750000253762512724624213427598480002537625127226242134253594650025376251272112421342367104300025376251271762421341975114200025376251271662421341863124000025376251271462421341639133800025376251271262416714141436500253762512711124167124615355002537625127101241671134163500025376251279624167107817340002537625127862416796618340002537625127862416796619345002537625127912416710222035000253762512796241671078213550025376251271012416711342236500253762512711124167124623380002537625127126241671414244000025376251271462421341639合计9660006090244812304535697636241239997供热典型日负荷分配图见下图：2月供热负荷分配策略时间2月热泵锅炉负荷制热量开启数量功率供热量开启数量功率燃气（KW）（KW）（台）（KW）（KW）（台）（KW）NM3129625253762512742491674762288752537625127349916739233187525376251276499167728434875253762512794991671064536000253762512710624167119063675025376251271137416712747375002537625127121241671358836000253762512710624167119093487525376251279499167106410322502537625127687416777011315002537625127612416768612300002537625127462416751813285002537625127312416735014273752537625127199916722415266252537625127124916714016262502537625127874167981725500253762512712416714182550025376251271241671419258752537625127499167562026250253762512787416798212662525376251271249167140222737525376251271999167224232850025376251273124167350243000025376251274624167518合计7245006090244812304511547624160812938供热典型日负荷分配图见下图：3月供热负荷分配策略时间3月热泵锅炉负荷制热量开启数量功率供热量开启数量功率燃气（KW）（KW）（台）（KW）（KW）（台）（KW）NM3122515225152454900002219452194524434000032422524225248940000426505253762512711291671265273602537625127198416722262793025376251272554167286728500253762512731241673508273602537625127198416722292650525376251271129167126102451024510249520000112394023940248370000122280022800246060000132166021660243760000142080520805242030000152023520235240880000161995019950240310000171938019380239150000181938019380239150000191966519665239730000201995019950240310000212023520235240880000222080520805242030000232166021660243760000242280022800246060000合计550620538716481088401190464021334供热典型日负荷分配图见下图：全年供热负荷分配经过对全年不同热源的供热分配比例进行统计，全年的供热热源包括电、工业余热、燃气，其中工业余热占有64%的比例，消耗电力比例为18%左右，消耗燃气比例为18%左右。全年不同热源供热比例数据如下：能源来源消耗量单位能源量能源比例GJ%电19053544kwh6859317.9%燃气2165946NM36959218.1%余热245569GJ24556964.0%合计383753100.0%全年能耗比例饼图如下图：运行费用经过对供热季不同月份的逐时热泵、水泵、燃气锅炉的开启情况进行模拟，可以计算出每个时刻的耗电、燃气消耗，从而可以计算出本系统供热季的运行费用，计算如下：序号月份天数日耗电日运行费用日耗气月运行费用月耗热量月耗电量月耗气量回收余热量备注月天kwh元NM3元GJkwhNM3GJ111301138497023768820017505738034154652065244421212311331571252141618636875448408841278665017525310731311345831927423999756762621078064172076123991752948422813299911602712938308631873030372396436227847983533111658673686133421700626144936141724134747110合计15116621935383753190535442165946245569费用指标16.62元/平方米/年能耗指标0.4GJ/平方米/年耗电指标19.05kwh/平方米/年耗煤指标2.17NM3/平方米/年热量单价43.31元/GJ本系统全年耗热量为0.4GJ/m2,每平米每采暖季的运行费用为16.62元/m2，全年热量单价折算为43元/GJ。

经济性分析静态分析与投资有关的费用包括建设投资、建设接口收益。与运行费用有关的包括全年能耗费用、运行维护费用。本项目的静态经济分析如下：序号系统形式电热泵+燃气1投资总投资万元90682投资指标元/平米913运行费用总能耗费用万元16624年维护费用万元1815年费用万元18446费用指标元/平米187净投资接口费万元4500.08政府补贴(部分)万元2000.09净投资万元256810年收益收费万元2600.011净收益万元75612投资回收期年3.40静态分析不考虑利率、税收、所得税等因素，计算出本项目的投资回收期为3.4年左右。备注:其中政府补贴为所申请节能补贴(参考标准:每平米60元)中的一部分。不同电价政策下的运行费用、投资回收期变化前述方案是按0.6元/kwh对系统进行财务测算的，如果所能申请到的实际电价不是这个电价，那在不同电价政策下的运行费用、静态投资回收期变化如下表：不同电价运行费用投资回收期不同电价元/kwh元/m2年0.19.41.5